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HP: voll gegen Spritzguss

3D-Druck für die Stückzahlfertigung

7. August 2017, 9:08 Uhr | Heinz Arnold

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

2D-Druck-Know-how für die 3D-Serienproduktion

Die neue Multi-Jet-Fusion-Technik von HP verwendet Thermoplaste als Ausgangsmaterial, derzeit ist es »PA12«, wie es auch im Spritzguss zum Einsatz kommt. Allerdings setzt HP keine Optik und keine Laser ein, um das Pulver zum gewünschten Objekt zu veschmelzen.

Satt dessen fährt über die oberste Schicht des weißen Plastikpulvers ein Druckkopf, der sehr genau schwarze Tinte (Fusing Agent) aufbringt und zwar genau auf den Flächen, die übereinandergelegt das Zielobjekt bilden sollen. Danach erhitzt eine Infarotlampe (Fusing Lamp) die Fläche: Weil sich die schwarzen Zonen stärker erhitzen als die weißen, lässt sich die Temperatur so einstellen, dass die schwarzen Bereiche gerade schmelzen und sich untereinander verbinden, in den weißen Bereichen verändert sich das Pulver nicht. Das ist wichtig, denn es kann vollständig wiederverendet werden, was Kosten spart.

Das Pulver befindet sich in einem Behälter, der eine nutzbare Druckfläche von 380 mm x 284 mm aufweist und 380 mm hoch ist. Selbstverständlich zeichnet sich das Verfahren, dessen Prinzip so schnell beschrieben ist, durch zahlreiche Feinheiten im Detail aus. So bringt der Druckkopf nicht nur die Tinte auf, sondern auch eine weitere Flüssigkeit (Detailing Agent), die an den Rändern der zu bedruckenden Muster zum Einsatz kommt. Es Sie sorgt dafür, dass die Ränder der festen 3D-Schicht eine scharfe Grenze zum unverschmolzenen Pulver daneben bilden. Das 3D-Objekt erhält so schon ohne Nachbearbeitung seine genauen Maße, die Nachbearbeitung dient nur noch der Veredelung der Oberfläche und ist sehr schnell geschehen.

Die Heating Lamps temperieren die Maschine vor, knapp unter dem Schmelzpunkt des Materials. »Durch die Fusing Lamps wird das Pulver an den mit schwarzer Tinte besprühten Flächen schlagartig verschmolzen, ohne Löcher oder eine poröse Struktur zu bilden, die bei Laserverfahren häufig das Ergebnis sind. Deshalb weist das Material der 3D-Objekte eine sehr homogene Struktur hoher Dichte auf mit den entsprechenden guten mechanischen Eigenschaften auf, es ist sehr belastbar und lässt sich damit auch unter realen Bedingungen einsetzen – genauso wie beispielsweise im Spritzguss hergestellte Teile«, sagt Bastian Weimer.

Die Geschwindigkeit im Zusammenspiel mit der hohen Qualität der 3D-Objekte führt Weimer als eines der wichtigsten Differenzierungsmerkmale der neuen Technik an: Je nachdem, welche Qualitätsstufe erreicht werden soll, dauert es 8, 11 oder 16 Sekunden, bis eine Schicht gebildet ist. Die Schichtstärken betragen 80 bis 100 µm, die Auflösung mit der gedruckt wird gibt HP mit 1200 dpi an.

Das gesamte Baujob (ganze Volumen) in einer Höhe von 380 mm zu drucken, dauert also rund 10 Stunden. Gedruckt werden können in dieser Zeit mehrere Hunderte von Teilen, beispielsweise Zahnräder. Der Preis für die kleinen Objekte kann also ist durchaus wettbewerbsfähig zum Spritzguss sein, »zumal sich die über den 3D-Druck hergestellten Objekte in der Qualität von denen über Spritzguss hergestellten Objekt nicht unterscheiden«, so Weimer.

Das wichtigste Differenzierungsmerkmal aber sind: Hohe Stückzahlen zu wettbewerbsfähigen Kosten, die sich nicht nur für die Prototypenfertigung eignen, sondern auch für die Produktion kleiner und mittlerer Stückzahlen für den Einsatz in realen Maschinen.